神奇的微生物世界

词语联想•疾病•面包•极小•生命•战争绪论微生物的概念微生物(Microorganism,microbe)是指一大类形体微小、结构简单的低等生物的总称。小：观察借助显微镜；测量单位为微米或纳米简：简单多细胞;单细胞;无细胞结构低：进化程度低，为原始的生命形式三个要点:微生物小的直观感觉真核细胞型原核细胞型电镜微生物的相对大小肉眼光学显微镜可见范围病毒各种“视野”下的细菌光镜暗视野荧光透射电镜超薄切片冷冻切片扫描电镜DNA蛋白质复合物电镜下的微生物曲霉阿米巴草履虫酵母菌微生物简的含义微生物的细胞类型主要特征:•有核膜，核仁，染色体;•有细胞器;•核糖体为80S;真核细胞型微生物主要特征:无核膜、核仁、染色体，仅有裸露的DNA链形成的核区域，称核质体；无细胞器；原核细胞型微生物非细胞结构微生物腺病毒吸附在鸡红细胞上主要特征•个体极小•不具细胞结构•只有一种核酸类型•严格活细胞内寄生•复制的方式繁殖•对抗生素不敏感•病毒、亚病毒等微生物在生物界的地位随着分子生物学和基因测序技术的发展，1978年R.H.Whittaker和L.Margulis提出三原界：真核生物原界：原生生物、真菌、动物和植物古细菌原界：产甲烷菌、极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌真细菌原界：除古细菌外的其他原核微生物图三原界系统图示古细菌原界种类：产甲烷菌（methanogens)极端嗜盐菌(extremehalophiles)嗜酸嗜热菌(thermoacidophiles)微生物的种类主要特点(指不同于真细菌)：1）生态环境不同；2）核糖体的16SrRNA核苷酸序列和类脂组分不同；3）亲缘关系不同(DNA和RNA)；4）细胞壁组成和结构不同；微生物的种类二、真核细胞型微生物真菌（霉菌、酵母菌等）、原生动物、单细胞藻类三、非细胞型微生物病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒等一、原核细胞型微生物细菌、放线菌、衣原体支原体、立克次氏体、蓝细菌微生物的特点1、个体最小，比面值最大（比面值=面积/体积)比面值:假设人=1;大肠杆菌(E.coli)=300,000;•有利于物质交换和能量、信息的交换；•微生物一系列属性均与此特点密切相关。2.代谢能力最强，食谱最杂•生物界的普遍规律：某生物个体越小，其单位体重消耗的食物越多；•3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食；•1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食；•大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖；•从无机物到有机物；从无毒物到有毒物；从结构简单到结构复杂的物质，微生物都能利用和降解。3.繁殖最快•大肠杆菌37℃培养在牛奶中，12.5min即可分裂一次；一般培养液的菌浓度为108-109个/ml。若干微生物的代时及每日增殖率微生物名称代时每日分裂次数温度每日增殖率乳酸菌38分38252.7×1011大肠杆菌18分80371.2×1024根瘤菌110分13258.2×103枯草杆菌31分46307.0×1013光合细菌144分10301.0×103酿酒酵母120分12304.1×103小球藻7小时3.42510.6念珠藻*23小时1.04252.1硅藻17小时1.4202.64草履虫10.4小时2.3264.92*为念珠蓝菌属(Nostoc)的旧称，与细菌同属原核生物。•万米深海的硫细菌；85公里高空的微生物；•地层下128米和427米的沉积岩中的细菌；•人体的肠道中始终寄居着100～400种微生物，为肠道正常菌丛，总数可达100万亿。4.分布最广，种类最多类型低限倾向种数高限病毒与立克次氏体1,2171,2171,217支原体424242细菌与放线菌1,0001,5001,500蓝细菌1,2271,5001,500藻类15,05123,10023,100真菌37,17547,30068,939原生动物24,06824,06830,000总数79,78098,727127,298据1972年统计微生物多样性的体现：物种的多样性生理代谢类型的多样性代谢产物的多样性遗传基因的多样性生态类型的多样性5.变异最易•突变频率一般为10-5～10-10，但因繁殖快，数量多，与外界环境直接接触，因而在短时间内可出现大量变异的后代。如：流感病毒•此外，微生物还具有抗性最强、休眠最长、起源最早、发现最晚等特点。微生物的生物学之最•形态最简•代谢能力最强•食谱最杂•繁殖最快•数量最多•分布最广•种类最多•变异最易个体最小微生物与人类的关系一、在自然界物质循环中的作用动物植物微生物二、对人类生活的影响不利的方面：对工农业生产的破坏植物、动物及人的病原体微生物与战争有利的方面:微生物对于人类“益大于害”，生产、生活都离不开微生物。：酸酸的食物•食物變酸後，有的能吃，有的不能吃。•有些酸酸的食物是人類利用微生物製造出來的•利用顯微鏡可以觀察到發酵食物中的微生物人們利用微生物製造出來的食物很多，如酒麵包饅頭泡菜發酵乳．起司．養樂多．醃漬醬菜…豆腐乳微生物与人类面临的五大危机•微生物与粮食•微生物与资源•微生物与能源•微生物与环境保护•微生物与医药1.微生物与粮食•提高土壤肥力,促进粮食增产•发酵生产单细胞蛋白和饲料蛋白2.微生物与资源•利用微生物的转化能力将无用的废物变为有用的原料3.微生物与能源如:•甲烷细菌；•氢细菌，光合细菌，蓝细菌，厌氧梭菌；•热纤梭菌；4.微生物与环境保护•使用生物肥料，生物杀虫剂；•降解有毒物质；•净化废水废气，处理石油污染；•用于环境监测。5.微生物与医药•抗生素、维生素、激素•疫苗和菌苗等生物工程学（生物技术）以生物学的理论和技术为基础（特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学），结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种。再通过合适的生物反应器，对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养。以产生大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。生物工程商品生产改造物种常规菌(或常规细胞株)①遗传工程②细胞工程“工程菌”（或“工程细胞株”）③微生物工程④酶工程⑤生物反应器工程经济效益大量产品社会效益生态效益微生物工程的内容微生物菌体生产和应用微生物代谢产物的应用微生物机能的利用微生物学发展简史人类认识微生物的四个障碍：①个体过于微小②群体外貌不详③种间杂居混生④形态与其作用后果的之间很难被人认识微生物学发展的五个时期1、史前期2、初创期3、奠基期4、发展期5、成熟期（一）史前期（约8000年前～1676）各国劳动人民，其中尤以我国的制曲、酿酒技术著称远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成了醇香可口的饮料—人类最早发明的酒我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像）殷商酒具公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面列文虎克(AntonyvanLeeuwenhoek1632-1723）第一个看到并描述微生物的人。（二）初创期——形态描述阶段（1676～1861）Leeuwenhoek1684年寄给皇家协会信的部分内容AnthnoyvanLeeuwenhoek与他的显微镜（三）奠基期（1861～1897）生理水平研究阶段（巴斯德、科赫）1、微生物学开始建立2、创立了一整套独特的微生物学基本研究方法3、开始运用“实践－理论－实践的思想方法开展研究4、建立了许多应用性分支学科5、进入寻找人类和动物病原菌的黄金时代LouisPasteur(1822–1895)1、解决了当时工、农、医方面提出的许多难题，推动了生产的发展：2、彻底否定了生命“自然发生”学说；3、奠定了微生物学的理论基础；4、创造了一些微生物学实验方法；5、证实发酵是由微生物引起的；6、免疫学—预防接种；7、发明巴氏消毒法（Pasteurization）RobertKock(1843–1910)1、发明了固体培养基，提出了微生物纯培养的概念和方法；2、创造了细菌染色的方法；3、发现了许多病原菌，如炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等；4、证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——柯赫原则柯赫原则1)在每一病例中都出现这种微生物；2)要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；3)用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生；4)从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。（四）发展期（1897～1953）生化水平研究阶段（生物化学奠基人——布切诺）1、对无细胞酵母菌”酒化酶“进行研究；2、发现微生物的代谢统一性；3、普通微生物学开始形成；4、开展广泛寻找微生物的有益代谢产物；5、青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进。AlexanderFleming1929年发现了青霉素（penicillin）——世界第一个抗生素AlexanderFleming(1881-1955)（五）成熟期（1953～至今）分子生物学水平研究阶段1、广泛运用分子生物学理论和现代研究方法，深刻揭示微生物的各种生命活动规律；2、以基因工程为主导，把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平；3、大量理论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展；4、微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领域的飞速发展；5、微生物基因组的研究促进了生物信息学时代的到来。成熟期特点微生物学成为十分热门的前沿基础学科微生物成为生物学研究中的最主要对象生物工程中，发酵工程是最成熟的应用技术20世纪的微生物学1.多学科交叉促进微生物学全面发展2.微生物学推动生命科学的发展(1)促进许多重大理论问题的突破(2)对生命科学研究技术的贡献(3)微生物与人类基因组计划(4)我国微生物学的发展21世纪微生物学展望1.微生物基因组学研究将全面展开2.以了解微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为研究内容的微生物生态学、环境微生物、细胞微生物学等，将在基因组信息的基础上获得长足发展，为人类的生存和健康发挥积极的作用。5.微生物产业将呈现全新的局面3.微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视。(1)微生物具有其它生物不具备的生物学特性(2)微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：(3)易操作性4.与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展。微生物学及其分科（一）微生物学的研究内容（二）学习微生物学的目的与任务（三）微生物学分科（一）微生物学的研究内容微生物学是研究微生物及其生命活动规律的学科，是在细胞、分子或群体水平上研究微生物生命活动基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。研究内容涉及微生物的：①形态结构②分类鉴定③生长代谢④生长繁殖⑤遗传变异⑥生态分布⑦微生物对自然界、微生物各类群之间、微生物与其他生物之间的相互影响、相互作用⑧微生物在工业、农业、医药卫生、环境保护等方面的作用（二）学习微生物学的目的与任务学习目的：研究微生物及其生命活动规律是为了更好地利用、控制、改造微生物，为人类服务。除了利用其对人类的有利作用外，还包括防止、消除微生物的有害活动或使之转害为利。根本任务：开发、利用、改善和保护有益的微生物，控制、消灭或改造有害微生物，为人类社会的进步服务。（三）微生物学及其分科按研究微生物的基本生命活动规律为目的来划分按应用领域划分按研究的微生物对象来分按所处的生态环境划分按学科间的交叉划分按实验方法、技术分Toreachthepeak,youhavetobeginfromeachbrickMicrobiologyMolecularBiologyBiochemistryPhysicsChemistryMathematicsGeneralBiologySEEYOUHERE教学参考书周德庆著：微生物学教程武汉大学、复旦大学编：微生物学无锡轻工业学院编：微生物学沈平著：微生物学微生物学相关网站作业一、名词解释微生物：二、填空1、根据形态结构等生物学特征，微生物可分为、和三大类。2、证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则是。三、举具体事例说明微生物与人类的关系。